《鐵路車輛非動力車軸設(shè)計方法GBT+37454-2019》詳細解讀

《鐵路車輛非動力車軸設(shè)計方法GB/T37454-2019》詳細解讀contents目錄1范圍2符號3概述4設(shè)計需要考慮的基于質(zhì)量和制動工況的力和力矩4\.1力的類型4\.2運動中質(zhì)量的作用contents目錄4\.3制動作用4\.4曲線通過和車輪幾何形狀的影響4\.5合成力矩的計算5車軸各部分幾何特性的確定5\.1車軸各截面的應(yīng)力5\.2軸頸和軸身直徑的確定5\.3車軸各座直徑的確定6許用應(yīng)力contents目錄6\.1通則6\.2JZ6鋼6\.3JZ6以外的鋼附錄A(資料性附錄)車軸計算模板附錄B(資料性附錄)擺式車輛載荷系數(shù)計算方法附錄C(資料性附錄)設(shè)計米軌或接近米軌的窄軌輪對考慮的力contents目錄附錄D(規(guī)范性附錄)新鋼種全尺寸疲勞極限的確定方法參考文獻011范圍包括軸身直徑、長度、材料選擇等具體要求，確保車軸具有足夠的強度和剛度。軸身結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)定了軸承類型、尺寸、安裝方式和軸箱的設(shè)計要求，以保障車軸的穩(wěn)定運行。軸承及軸箱設(shè)計提出了車軸的靜平衡和動平衡標(biāo)準(zhǔn)，以減少車輛運行中的振動和噪音。平衡及動平衡要求1范圍010203022符號符號在設(shè)計中的應(yīng)用這些符號不僅用于設(shè)計計算，還廣泛應(yīng)用于車軸圖紙的標(biāo)注、技術(shù)條件的說明以及質(zhì)量檢測的報告中，從而確保設(shè)計的精準(zhǔn)性和生產(chǎn)的規(guī)范性。符號的標(biāo)準(zhǔn)化在GB/T37454-2019標(biāo)準(zhǔn)中，各種符號均遵循國家標(biāo)準(zhǔn)的命名和表示方法，確保設(shè)計圖紙、技術(shù)文件以及實際生產(chǎn)中的一致性和準(zhǔn)確性。符號的詳細說明標(biāo)準(zhǔn)中對使用的所有符號都進行了詳細說明，包括符號代表的物理量、單位以及計算或測定的方法，這為設(shè)計師和工程師提供了清晰的指導(dǎo)。2符號033概述3概述行業(yè)需求隨著我國鐵路運輸?shù)目焖侔l(fā)展，非動力車軸的設(shè)計變得越來越重要，需要統(tǒng)一的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)來確保安全性和可靠性。技術(shù)進步國際化趨勢隨著材料科學(xué)、制造工藝和檢測技術(shù)的不斷進步，非動力車軸的設(shè)計方法也需要不斷更新和完善。為了與國際接軌，提高我國鐵路車輛在國際市場的競爭力，需要制定符合國際標(biāo)準(zhǔn)的非動力車軸設(shè)計方法。044設(shè)計需要考慮的基于質(zhì)量和制動工況的力和力矩垂直靜載荷分析列車在啟動、制動及運行過程中產(chǎn)生的縱向力，確保車軸設(shè)計能夠承受這些力的作用?？v向力制動力矩根據(jù)制動系統(tǒng)的特性和制動距離要求，計算制動力矩，以確保列車能夠在規(guī)定距離內(nèi)安全停車?？紤]車輛自重、載重及運行過程中產(chǎn)生的動態(tài)載荷等因素，計算車軸所受的垂直靜載荷。4設(shè)計需要考慮的基于質(zhì)量和制動工況的力和力矩054.1力的類型由于車輛重量和載重產(chǎn)生的垂直向下的力，對車軸產(chǎn)生壓力。垂直力由于車輛在運行過程中產(chǎn)生的橫向力，包括風(fēng)力、離心力等，對車軸產(chǎn)生彎矩。水平力在制動過程中，由于車輪與軌道之間的摩擦力產(chǎn)生的力，它會對車軸產(chǎn)生拉應(yīng)力。制動力4.1力的類型064.2運動中質(zhì)量的作用質(zhì)量越大，車輛在運動過程中產(chǎn)生的慣性也越大，對車輛的加速、減速和轉(zhuǎn)向等動態(tài)性能產(chǎn)生影響。增加車輛慣性車輛質(zhì)量的增加會導(dǎo)致在運行過程中耗能增加，包括摩擦損耗和空氣阻力等。耗能增加較大的車輛質(zhì)量會加劇對軌道的磨損，影響軌道使用壽命。軌道磨損4.2運動中質(zhì)量的作用074.3制動作用制動力與力矩考慮在設(shè)計非動力車軸時，需要詳細考慮制動過程中產(chǎn)生的力和力矩。這包括車輛在不同制動情況下的動態(tài)響應(yīng)，以及如何優(yōu)化車軸設(shè)計來承受這些力和力矩，確保行車安全。4.3制動作用熱負荷與材料選擇由于制動過程中會產(chǎn)生大量的熱，車軸材料的選擇必須考慮到其熱穩(wěn)定性和抗熱疲勞性能。標(biāo)準(zhǔn)中可能規(guī)定了材料的抗熱性能要求，以確保在頻繁制動下車軸的耐用性。制動系統(tǒng)兼容性車軸設(shè)計還需與車輛的制動系統(tǒng)相兼容，確保在制動過程中各個部件能夠協(xié)同工作，減少磨損，提高制動效率。這可能涉及到車軸與制動盤、剎車片等部件的接口設(shè)計。084.4曲線通過和車輪幾何形狀的影響4.4曲線通過和車輪幾何形狀的影響曲線通過時的車軸受力分析在曲線通過時，車軸會受到額外的橫向力和縱向力，這些力的大小與曲線的半徑、車速以及車輪的幾何形狀有關(guān)。車輪幾何形狀對曲線通過的影響車輪的幾何形狀，特別是踏面的形狀和錐度，會直接影響曲線通過時的穩(wěn)定性和車輪與軌道的接觸情況。優(yōu)化設(shè)計以提高曲線通過性能為了提高車輛在曲線上的通過性能，需要對車軸和車輪進行優(yōu)化設(shè)計，包括選擇合適的車輪踏面形狀、調(diào)整車輪錐度以及優(yōu)化車軸的結(jié)構(gòu)強度等。094.5合成力矩的計算4.5合成力矩的計算力矩的平衡與車軸設(shè)計在車軸設(shè)計中，需要確保車軸在各種工況下都能保持力矩的平衡，防止因力矩不平衡而導(dǎo)致的車軸變形或損壞。因此，設(shè)計師需要綜合考慮車軸的材料、結(jié)構(gòu)以及受力情況，通過精確計算和優(yōu)化設(shè)計來確保車軸的安全性和穩(wěn)定性。合成力矩的計算方法根據(jù)GB/T37454-2019標(biāo)準(zhǔn)，合成力矩的計算需要考慮車軸所受到的所有外力，包括車輪傳遞的牽引力或制動力、車軸自身的重力以及可能存在的其他外力。這些力產(chǎn)生的力矩需要按照矢量合成的方法進行計算，以得出車軸所受到的總力矩。力矩的基本概念力矩是描述力的旋轉(zhuǎn)效應(yīng)的物理量，由力的大小和力臂的長度共同決定。在鐵路車輛非動力車軸設(shè)計中，合成力矩的計算是評估車軸在復(fù)雜受力情況下的穩(wěn)定性和安全性的重要步驟。105車軸各部分幾何特性的確定根據(jù)列車使用環(huán)境選擇不同的列車使用環(huán)境對軸頸直徑有不同的要求，需根據(jù)實際情況進行選擇?？紤]車輪型號和軸承類型軸頸直徑的選擇還需與車輪型號和軸承類型相匹配，以確保列車的穩(wěn)定運行。符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范軸頸直徑的確定需符合國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，確保車軸的安全性和可靠性。5車軸各部分幾何特性的確定115.1車軸各截面的應(yīng)力5.1車軸各截面的應(yīng)力車軸各截面的應(yīng)力分布受載荷、截面形狀和材料特性等因素影響，需進行詳細分析和計算。截面應(yīng)力分布在車軸截面變化處、孔洞、槽口等部位，容易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，需要進行局部加強和優(yōu)化設(shè)計。應(yīng)力集中車軸在長期使用過程中，受循環(huán)載荷作用，容易產(chǎn)生疲勞破壞，因此需要對各截面進行疲勞強度校核。疲勞強度125.2軸頸和軸身直徑的確定5.2軸頸和軸身直徑的確定軸身直徑的確定軸身是連接軸頸和軸承座的部分，其直徑也需要根據(jù)設(shè)計要求和實際使用條件來確定。通常，軸身直徑會略小于軸頸直徑，但也需要保證足夠的強度和剛度，以支撐車輪和傳遞牽引力或制動力。軸頸直徑的確定軸頸是車軸與軸承接觸的部分，其直徑的確定至關(guān)重要。根據(jù)GB/T37454-2019標(biāo)準(zhǔn)，軸頸直徑應(yīng)根據(jù)列車運行條件、車輪尺寸以及所選用的軸承類型進行合理選擇，以確保軸承能夠穩(wěn)定地支撐車輪并承受相應(yīng)的荷載。設(shè)計因素考慮在確定軸頸和軸身直徑時，需綜合考慮列車使用環(huán)境、車輪型號、軸承類型以及承受的力和力矩等因素。這些因素對車軸的強度和耐久性有著直接影響。135.3車軸各座直徑的確定不同車輪型號和使用環(huán)境對車軸直徑有不同要求，需根據(jù)實際情況進行選擇。根據(jù)車輪型號和使用環(huán)境車軸直徑需要與所選軸承類型和尺寸相匹配，以確保軸承能夠正確安裝和運行?？紤]軸承類型和尺寸車軸直徑的確定還需滿足車軸的強度和剛度要求，以保證車軸在使用過程中的安全性和穩(wěn)定性。滿足強度和剛度要求5.3車軸各座直徑的確定146許用應(yīng)力要點三定義與重要性許用應(yīng)力是機械設(shè)計或工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中允許零件或構(gòu)件承受的最大應(yīng)力值。它是判定零件或構(gòu)件在運轉(zhuǎn)過程中是否安全的重要標(biāo)準(zhǔn)。只有當(dāng)工作應(yīng)力不超過許用應(yīng)力時，零件或構(gòu)件才能被視為安全的。計算方法許用應(yīng)力的計算涉及材料的多個參數(shù)，如彈性極限、屈服極限和強度極限等。常見的計算方法有經(jīng)驗公式法、安全系數(shù)法和疲勞強度法等。這些方法的選擇取決于具體的應(yīng)用場景和材料性質(zhì)。應(yīng)用與標(biāo)準(zhǔn)許用應(yīng)力在眾多工程領(lǐng)域都有應(yīng)用，包括機械制造、航空航天等。在鐵路車輛非動力車軸設(shè)計中，許用應(yīng)力的確定至關(guān)重要，它關(guān)系到車軸的安全性和可靠性。我國已經(jīng)制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如GB/T37454-2019，為車軸設(shè)計提供了指導(dǎo)。6許用應(yīng)力010203156.1通則6.1通則設(shè)計原則非動力車軸的設(shè)計應(yīng)遵循安全、可靠、經(jīng)濟的原則，確保在各種工況下均能滿足使用要求，同時考慮制造的工藝性和維修的便利性。01設(shè)計依據(jù)設(shè)計方法應(yīng)依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進行，如《鐵道車輛滾動軸承技術(shù)條件》(TB/T2943)和《鐵道車輛車軸熱處理技術(shù)條件》(TB/T3131)等，確保設(shè)計的合規(guī)性和標(biāo)準(zhǔn)化。02適用范圍該設(shè)計方法適用于鐵路客車、貨車用實心和空心非動力車軸的設(shè)計。對于輕軌車輛和有軌電車的非動力車軸設(shè)計，也可以參照該方法進行。但需要注意的是，該方法不適用于機車和動力轉(zhuǎn)向架非動力車軸的設(shè)計。03166.2JZ6鋼JZ6鋼是一種優(yōu)質(zhì)的碳素結(jié)構(gòu)鋼，其化學(xué)成分經(jīng)過嚴格控制，以保證材料的均勻性和穩(wěn)定性。這種鋼材具有高強度、良好的塑性和韌性，能夠承受鐵路車輛運行過程中的復(fù)雜載荷。6.2JZ6鋼JZ6鋼的機械性能符合《鐵道車輛車軸熱處理技術(shù)條件》(TB/T3131)標(biāo)準(zhǔn)，確保車軸在使用過程中的安全性和可靠性。176.3JZ6以外的鋼6.3JZ6以外的鋼材料性能要求所選鋼材需要符合《鐵道車輛車軸熱處理技術(shù)條件》(TB/T3131)等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，確保材料的化學(xué)成分、機械性能、熱處理狀態(tài)等均達到設(shè)計要求，以保證車軸的安全性和可靠性。加工和熱處理對于JZ6以外的鋼材，同樣需要進行特殊的加工和熱處理。通過合理的熱處理工藝，可以改善鋼材的內(nèi)部組織，提高其機械性能和使用壽命。同時，精確的機械加工也能確保車軸的精度和裝配質(zhì)量。鋼材選擇在設(shè)計非動力車軸時，除了JZ6型鋼材外，還可以選擇其他符合標(biāo)準(zhǔn)的鋼材。這些鋼材需要具備足夠的強度和韌性，以滿足車軸在運行過程中的承載能力和抗沖擊性能。03020118附錄A(資料性附錄)車軸計算模板010203確定車軸材料的基本力學(xué)性能，如彈性模量、屈服強度和抗拉強度等。根據(jù)車軸的結(jié)構(gòu)尺寸和使用工況，計算車軸各部位的應(yīng)力分布。對比車軸材料的許用應(yīng)力，評估車軸的強度是否滿足設(shè)計要求。附錄A(資料性附錄)車軸計算模板19附錄B(資料性附錄)擺式車輛載荷系數(shù)計算方法表示車輛在運行過程中，橫向力作用下產(chǎn)生的加速度與重力加速度之比。橫向載荷系數(shù)縱向載荷系數(shù)垂向載荷系數(shù)表示車輛在運行過程中，縱向力作用下產(chǎn)生的加速度與重力加速度之比。表示車輛在運行過程中，垂向力作用下產(chǎn)生的加速度與重力加速度之比。附錄B(資料性附錄)擺式車輛載荷系數(shù)計算方法20附錄C(資料性附錄)設(shè)計米軌或接近米軌的窄軌輪對考慮的力靜載荷包括車輛自重和載重引起的輪對上的垂直力。動載荷由于軌道不平順、車輛運行中的振動和沖擊引起的附加垂直力。偏載由于車輪踏面磨耗、軌道幾何尺寸偏差等原因，導(dǎo)致輪對一側(cè)承受的垂直力大于另一側(cè)。附錄C(資料性附錄)設(shè)計米軌或接近米軌的窄軌輪對考慮的力21附錄D(規(guī)范性附錄)新鋼種全尺寸疲勞極限的確定方法附錄D(規(guī)范性附錄)新鋼種全尺寸疲勞極限的確定方法010203單點疲勞試驗法通過單點疲勞試驗，得到新鋼種在不同應(yīng)力水平下的疲勞壽命數(shù)據(jù)。升降法疲勞試驗采用升降法測定新鋼種的疲勞極限，可較為精確地確定材料的疲勞性能。紅外熱像技術(shù)疲勞試驗利用紅外熱像技術(shù)實時監(jiān)測材料在疲勞過程中的溫度變化，進而分析材料的疲勞特性。22參考文獻GB/T37454-2019標(biāo)準(zhǔn)這是關(guān)于鐵路車輛非動力車軸設(shè)計方法的最新國家標(biāo)準(zhǔn)，詳細規(guī)定了設(shè)計的各個方